Revontulet

Alkuperä ja ulkonäkö

Revontulien alkuperä on Aurinko, 149 miljoonan kilometrin päässä maasta. Auringosta lähtevät hiukkaset kulkeutuvat aurinkotuulenaltlt 300–1000 km/s nopeudella Maapalloa kohti, kantaen mukanaan Auringon magneettikenttää. Maan magneettikenttä suojelee Maata aurinkotuulen hiukkasilta ja säteilyä. Aurinkotuuli vääristää maan magneettikentän komeetan hunnun muotoiseksi magnetosfääriksi. Suurin osa varatuista hiukkasista kiertää maan magneettikentän kenttäviivoja pitkin, mutta osa hiukkasista jää magneettikentän vangiksi, varsinkin jos ympäröivä inteplanetaarinen magneettikenttä on Maan magneettikentän napaisuuteen nähden vastakkaissuuntainen hiukkasryöpyn osuessa magnetosfääriin. Hiukkaset kiertyvät magneettikentän mukana kohti napa-alueita ja muodostavat ilmakehään osuessaan revontulia. Voimakkaimpien magneettisten myrskyjen aikaansaamat revontulet yleensä liittyvät auringonpilkkuihin liittyviin flare-purkauksiin, mutta on olemassa monia muitakin Auringon aktiiviseen toimintaan liittyviä aurinkotuuleen vaikuttavia ilmiöitä, kuten CME, korona-aukot, tai kadonneet filamentit. Voimakkaimmat revontulet syntyvät noin 100 km:n korkeudessa maan pinnasta.

Valokuva eteläisen pallonpuoliskon revontulista toukokuussa 1991 geomagneettisessa maksimissa

Maan magneettikenttää pitkin maahan virtaavat hiukkaset saavuttavat ilmakehän revontulivyöhykkeellä, joka muodostaa suunnilleen ympyrän muotoisen, 3000 km:n läpimittaisen kuvion maan magneettisen navan ympärille. Tämän kehän säde kasvaa, kun magnetosfääri häiriintyy. Revontulivyöhyke esiintyy normaalisti 60–70:n leveyspiirien välillä. Voimakkaan auringon aktiivisuuden aikana revontulia voi näkyä 25–30 leveysasteen tienoilla eteläisellä ja pohjoisella pallonpuoliskolla.

Voimakkaita revontulinäytelmiä ja magneettisia häiriöitä on havaittu myös auringonpilkkujakson minimin aikaa, mutta tilastollisesti revontuliaktiivisuudella on kaksi loivaa huippua, jotka ajoittuvat pilkkumaksimin molemmin puolin. Pilkkuminimin aikaan revontulia nähdään esim. Etelä-Suomessa melko vähän.

Revontulien ulkonäkö vaihtelee. Pitkät kaaret ja säteet alkavat 100 km:n korkeudesta, ja jatkuvat ylöspäin magneettikenttää pitkin satoja kilometrejä. Kaaret voivat olla vain 100 m ohuita, mutta ne saattavat ulottua horisontista horisonttiin. Revontulet voivat olla lähes paikoillaan ja sitten ennalta arvaamatta alkaa kääntyä ja tanssia. Puolenyön jälkeen revontulet voivat muuttua laikullisiksi ja vilkkua kymmenen sekunnin välein aina aamuun asti. Revontulet ovat usein väriltään keltaisenvihreitä, mutta korkeat säteet voivat muuttua ylä- ja alaosastaan punaisiksi. Joskus harvoin auringonvalo osuu revontulien yläosiin luoden hailakkaan sinisen välin. Erittäin harvoin, ehkä kymmenen vuoden välein, revontulet voivat muuttua kokonaan syvänpunaisiksi ylhäältä alas asti. Valon lisäksi varatut hiukkaset tuottavat lämpöä, joka säteilee pois infrapunasäteilynä tai kulkeutuu yläilmakehän voimakkaiden tuulten mukana pois.

Revontulien kemia

Revontulet aiheuttaa korkeaenergiaisten hiukkasten vuorovaikutus maan yläilmakehän atomien kanssa. Korkeaenergiaiset hiukkaset, yleensä elektronitt, voivat virittää neutraalin kaasun valenssielektroni, jotka palatessaan viritystilastaan alemmalle energiatilalle säteilevät fotoneja. Samankaltainen reaktio tapahtuu neonlampussa. Valon väri riippuu kaasuatomista johon hiukkanen törmää, ja niiden energiatilasta. Vihreä väri syntyy yksiatomisesta hapesta (valon aallonpituus 557,7 nm) ja punainen molekylaarisesta hapesta (630,0 nm). Sininen väri syntyy typestä.

Vaihtelut Auringossa

Auringon säteilyn ominaisuudet vaihtelevat tuntien–satojen vuosien jaksoilla. Tunnetuin jakso on 11-vuotinen auringonpilkkujakso. Aurinko vaikuttaa planeettojenvälisen magneettikentän suuntaan ja aurinkotuulten nopeuteen ja tiheyteen. Revontulet ja maan magneettikentän aktiivisuus liittyvät Auringosta lähtöisin oleviin hiukkaspurkauksiin. Auringon protonihiukkasvuon ja UV- ja röntgensäteilyn äkillinen kasvu vaikuttavat Maan ionosfääriin ja sitä kautta mm. lyhytaaltoja käyttäviin radioyhteyksiin (mm. SID, PCA).

Jos planeettojenvälinen magneettikenttä on vastakkaisessa suunnassa Maan magneettiseen kenttään nähden, Auringosta lähtöisin olevat revontulihiukkaset kytkeytyvät paremmin Maan magnetosfääriin ja suurempi määrä energiaa virtaa Maan napa-alueille. Tämä aiheuttaa revontulien voimistumisen ja niiden siirtymisen kohti keskileveysasteita.

Voimakkaampia Maan magneettikentän häiriöitä kutsutaan (geo)magneettisiksi myrskyiksi. Myrskyn aiheuttavan hiukkaspilven ensihavainnot tehdään Lagrangen-pisteessä olevilla auringontutkimussatelliiteilla. Maanpinnalla myrskyn alkaminen havaitaan muutamia tunteja myöhemmin magnetometreissa äkillisenä magneettisena impulssina, jota seuraa revontulien ilmaantuminen taivaalle. Magneettikentän myrskyt voivat kestää useita tunteja tai jopa päiviä, jolloin revontulia voi näkyä useina peräkkäisinä öinä. Myrskyä seuraa sarja alimyrskyjä, kunnes magneettikenttä päivien kuluessa hiljalleen rauhoittuu.

Jokaisessa myrskyssä voi vapautua satoja terajoulea energiaa, joka on yhtä paljon kuin Yhdysvalloissa kymmenen tunnin aikana kulutettu energia. Magneettiset myrskyt voivat aiheuttaa korkeilla leveysasteilla (Pohj. Am., Pohjoismaat) sähkönsiirron kantaverkoissa (ns. GIC-imiö) satojen ampeereiden tasavirtoja, jotka saattavat vaurioittaa muuntajia ja muita laitteita, tai aiheuttaa suojalaitteiden virhetoimintoja, jotka voivat aiheuttaa laaja-alaisia sähkökatkoksia. Myrskyt voivat myös vaikuttaa satelliitti–maa-yhteyksiin ja paikannusjärjestelmien tarkkuuteen.

Geomagneettisen kentän tarkkailu

Revontulia Saturnuksen navoilla

Geomagneettista kenttää voidaan mitata magnetometriksi kutsutulla instrumentilla. Useiden magnetometrien muodostama tieto antaa havainnoitsijoille mahdollisuuden seurata geomagneettisten olosuhteiden tilaa. Magnetometrin tieto annetaan yleensä kolmen tunnin välein erilaisina indeksilukuina. Erästä näistä kutsutaan K-indeksiksi. K-indeksin arvo vaihtelee nollan ja yhdeksän välillä ja se on suoraan verrannollinen geomagneettisen kentän vaihteluihin kolmen tunnin aikajaksoilla. Mitä korkeampi K-indeksi on, sitä todennäköisemmin revontulia esiintyy. K-indeksi on sidottu havaintopaikkaan, siellä missä observatorioita ei ole, voidaan paikallinen K-indeksi arvioida lähimmän havaintopaikan mukaan. Maapallon keskimääräistä revontuliaktiviteettia kuvaa Kp-indeksi.

Revontulien äänet?

On usein väitetty, että revontulia katsellessa voi kuulla humisevaa tai kolisevaa ääntä. Näiden äänien olemassaoloa on kyseenalaistettu koska revontulet sijaitsevat 100 km maanpinnan yläpuolella erittäin harvakaasuisessa ympäristössä, joka ei varmasti voisi aiheuttaa maanpinnalle kuuluvia ääniä. Useimmat väitteet revontulien äänistä ovat sellaisia, että niihin liittyy samanaikaista revontulien liikettä ja meteliä, mutta äänen matka kestää monta minuuttia yläilmakehästä Maan pinnalle.

Yksi mahdollisuus on, että sähkömagneettiset aallot muuttuvat ääniaalloiksi esineissä, jotka sijaitsevat katsojaa lähellä. Tällaisia esineitä voisivat olla esimerkiksi kuuntelijan hiukset tai vaatteet, tai jopa jotkut kuuloelinten osat. Viimeaikainen suomalainen tutkimus viittaa siihen, että ääniä todella kuuluu ja niiden alkuperää selvitellään. Näitä herkillä mikrofoneilla mitattuja ääniä pitäisi kuitenkin vahvistaa vähintään satakertaisesti jotta ne olisivat ihmiskorvien kuultavissa.[1]

Revontulet kansanperinteissä

Monet pohjoiset kansat, muun muassa kolttasaamelaiset, eräät Siperian kansat ja eräät intiaanit, ovat uskoneet revontulten olevan verta, jota vertavuotaviin haavoihin kuolleet edelleen vuotavat vainajien maassa. Kolttasaamelaisten ja eräiden muiden uskomuksissa verisesti kuolleille on varattu oma paikkansa tuonpuoleisessa, verisurman saaneiden vainajala, ja sieltä ovat lähtöisin revontulet. Kolttasaamelaiset naiset ovat voineet suojautua hatuillaan revontulten näkyessä, sillä he pelkäsivät, että muuten verisurman saaneiden sielut tarttuisivat heihin ja aiheuttaisivat verenvuotoja. Revontulet eivät kuitenkaan olleet merkki vainajien tuskasta tai huonoista oloista. Siperian kansojen ja intiaanien uskomuksissa veri roiskui taivaalle vainajien pelatessa palloa, ratsastaessa tai muissa leikeissä tai harjoituksissa. Kolttasaamelaisten uskomuksissa vainajat leikkelivät itseään vuotaakseen verta.

Saamelaiset uskoivat revontulien syntyvän myös toisella tavalla, ketun huiskiessa hännällä hankia.

Olisivatko Pohjan portit revontulikaaria

Suomalaisissa tarinoissa, joissa matkataan Pohjolaanan, kerrotaan usein matkaajien näkevän Pohjolan läheisyyden paisteesta ja kuumotuksesta, joka hehkuu Pohjolan porteista, kivisistä mäistä ja muista rakenteista. Tämä hehku on toisinaan tulkittu revontuliksi. Eräs suomalainen revontulten nimitys onkin pohjanpalo. Kansanruno kertoo:

''Portit Pohjolan näkyvi,

''Paistavi pahat veräjät,

''Kannet kirjo kiimottavat

''Miehen syöjästä kylästä,

''Urohon upottajasta.

(SKVR:VII1,679)

Populaarikulttuurin viittaukset

Televisiosarja Villi pohjola käsitteli myös revontulia sekä japanilaisten kiinnostusta ilmiötä kohtaan. Sarja on levittänyt yleisempään tietoisuuteen joidenkin pohjoisten kansojen uskomusta, että revontulten alla siitetty lapsi on erityisen onnekas.